Systemy aspiracyjne: rodzaje, budowa, kryteria wyboru instalacji

Procesy produkcyjne często wiążą się z emisją pyłów lub gazów, które zanieczyszczają powietrze w pomieszczeniu. Problem mogą rozwiązać systemy aspiracyjne zaprojektowane i zamontowane zgodnie z wymogami normatywnymi.

Przyjrzymy się, jak działają i gdzie stosuje się takie urządzenia, jakie są rodzaje kompleksów oczyszczania powietrza. Omówimy główne węzły robocze, opisujemy normy projektowania i zasady montażu systemów aspiracyjnych.

Jak to działa

Zanieczyszczenie powietrza – nieunikniona część wielu procesów produkcyjnych. Aby spełnić ustalone normy sanitarne czystości powietrza, stosuje się procesy aspiracji. Za ich pomocą można skutecznie usuwać kurz, brud, włókna i inne podobne zanieczyszczenia.

Aspiracja polega na zasysaniu, które odbywa się poprzez wytworzenie w bezpośrednim sąsiedztwie źródła zanieczyszczeń obszaru obniżonego ciśnienia.

Aby tworzyć takie systemy, potrzebna jest poważna specjalistyczna wiedza i praktyczne doświadczenie. Chociaż praca urządzeń aspiracyjnych jest ściśle związana z funkcjonowaniem systemów wentylacyjnych, nie każdy specjalista od wentylacji poradzi sobie z projektowaniem i montażem tego typu sprzętu.

Aby osiągnąć maksymalną efektywność, łączy się metody wentylacji i aspiracji. System wentylacyjny w pomieszczeniu produkcyjnym powinien być wyposażony w kompleks nawiewno-wywiewny, aby zapewnić stały dopływ świeżego powietrza z zewnątrz.

Aspiracja jest szeroko stosowana w następujących dziedzinach przemysłu:

• produkcja kruszywa;
• obróbka drewna;
• produkcja dóbr konsumpcyjnych;
• inne procesy, które wiążą się z emisją dużej ilości substancji szkodliwych do wdychania.

Zapewnienie bezpieczeństwa pracownikom za pomocą standardowych środków ochrony nie zawsze jest możliwe, a aspiracja może stać się jedyną możliwością uruchomienia bezpiecznego procesu produkcyjnego w hali.

Instalacje aspiracyjne są przeznaczone do skutecznego i szybkiego usuwania z powietrza różnych drobnych zanieczyszczeń powstających w procesie produkcji przemysłowej

Usuwanie zanieczyszczeń za pomocą systemów tego typu odbywa się specjalnymi kanałami powietrznymi, które mają duży kąt nachylenia. Taka pozycja pozwala zapobiec powstawaniu tzw. stref zastoju.

Mobilne instalacje wentylacyjno-aspiracyjne są łatwe w montażu i eksploatacji, doskonale nadają się do małych przedsiębiorstw, a nawet do domowego warsztatu.

Wskaźnikiem efektywności działania takiego systemu jest stopień nieusuwania, czyli stosunek ilości usuniętych zanieczyszczeń do masy substancji szkodliwych, które nie zostały wychwycone przez system.

Rozróżnia się dwa typy systemów aspiracyjnych:

• systemy modułowe – urządzenie stacjonarne;
• monobloki – instalacje mobilne.

Ponadto systemy aspiracyjne klasyfikuje się według poziomu ciśnienia:

• niskociśnieniowe – poniżej 7,5 kPa;
• średniociśnieniowe – 7,5-30 kPa;
• wysokociśnieniowe – powyżej 30 kPa.

Wyposażenie systemu aspiracyjnego typu modułowego i monoblokowego różni się.

Objaśnienia do schematu: 1 – źródło emisji pyłu (urządzenie do przetwarzania zboża), 2 – okap, 3 – wentylator odśrodkowy, 4 – przewody wentylacyjne, 5 – cyklon, 6 – zbiornik do zbierania pyłu (+)

Monobloki składają się z następujących elementów:

• wentylator;
• separator;
• zbiornik odpadów.

Separator to filtr do oczyszczania powietrza przepływającego przez urządzenie. Zbiornik odpadów może być zarówno stacjonarny, tj. wbudowany w monoblok, jak i zdejmowalny.

Taki agregat można kupić gotowy i po prostu zainstalować w odpowiednim miejscu do przeprowadzania procedur aspiracyjnych. Przy tym nie jest trudno podłączyć go do istniejących systemów centralnych.

Systemy modułowe są trudniejsze w montażu i droższe, ale ich użycie jest znacznie bardziej efektywne niż w przypadku konstrukcji monoblokowych. Takie systemy nie są typowe – najpierw projektuje się je z uwzględnieniem konkretnych warunków i zadań.

Przy tym uwzględnia się szereg czynników:

• charakterystyki hali produkcyjnej;
• specyfika procesu technologicznego;
• jakość transportowanego medium itp.

Zazwyczaj jest to system centralny, który składa się z zestawu przewodów wentylacyjnych i jednostki ssącej. W przypadku dużych przedsiębiorstw można zastosować system z dwoma lub większą liczbą takich jednostek, a nie jedną.

Materiał przewodów wentylacyjnych może być różny, w zależności od rodzaju i ilości zanieczyszczeń, które mają być nimi transportowane.

Odciąg i osłona montuje się jak najbliżej strefy, z której będą usuwane zanieczyszczenia, ale nie powinny one przeszkadzać personelowi w wykonywaniu obowiązków służbowych.

Za najtrwalsze uważa się konstrukcje z metalu czarnego, ale są one też najdroższe. W każdym razie poszczególne odcinki magistrali powietrznej są hermetycznie łączone za pomocą kołnierzy skręcanych śrubami.

Wśród zalet systemów aspiracyjnych można wymienić:

• względną prostotę konstrukcji;
• kompatybilność z różnymi rodzajami urządzeń produkcyjnych;
• bezpieczeństwo dla środowiska;
• możliwość automatyzacji pracy;
• zwiększenie bezpieczeństwa pożarowego pomieszczenia itp.

Do wad takich urządzeń zalicza się przede wszystkim wzrost kosztów energii elektrycznej, zwłaszcza przy nieprawidłowym projektowaniu, a także małą odporność metalowych kanałów wentylacyjnych na zużycie. Te aspekty należy uwzględnić przy wyborze odpowiedniej konstrukcji.

Dlaczego konieczne jest projektowanie

Aby stworzyć modułowy system aspiracyjny, projektuje się instalację następujących elementów:

• miejscowego wyciągu;
• pochylonych kanałów wentylacyjnych;
• systemu filtrów;
• wentylatora wysokiego ciśnienia itp.

Jako miejscowy wyciąg można zastosować różne modele urządzeń, na przykład wyciąg krawędziowy, konstrukcje typu „parasol”, „osłona” i inne. Kanały wentylacyjne prowadzi się od miejsca poboru odpadów do punktu przemieszczania ich na zewnątrz.

System filtracji może zakładać zarówno usuwanie oczyszczonych mas powietrza z pomieszczenia, jak i ich zawracanie po filtracji do miejsca poboru.

Stacjonarne systemy aspiracyjne w dużych zakładach – to duże konstrukcje, które należy projektować z uwzględnieniem specyfiki pomieszczenia, charakterystyki zanieczyszczeń, konfiguracji systemu wentylacyjnego i wielu innych wskaźników

Przed sporządzeniem projektu instalacji aspiracyjnej należy przeprowadzić ekspertyzę techniczną stanu obiektu. Na tym etapie można zidentyfikować i wyeliminować wady systemu. Podobnej kontroli można poddać również istniejące systemy wentylacji i aspiracyjne.

Skuteczność aspiracyjna w dużej mierze zależy od ilości powietrza przepływającej przez kanały wentylacyjne w jednostce czasu. Im wyższy ten wskaźnik, tym droższy jest montaż konstrukcji oraz koszty jej eksploatacji.

Jeśli odpowiednio dobierze się komponenty systemu, to koszty, zarówno początkowe, jak i eksploatacyjne, można znacznie obniżyć.

Stacjonarny system aspiracyjny składa się z wielu modułów i elementów, których konfiguracja jest dobierana indywidualnie dla każdego zakładu, aby zapewnić maksymalną efektywność (+)

Obejmuje to wybór odpowiedniego urządzenia do wyciągu powietrza, właściwe obliczenia dotyczące dystrybucji powietrza nawiewanego itp. W rezultacie obciążenie systemu zmniejszy się, filtry będą wymagały rzadszego czyszczenia, a żywotność wentylatorów wzrośnie itd.

Niektórzy właściciele obiektów przemysłowych przy doborze systemu oczyszczania idą po linii najmniejszego oporu. Opierają się na parametrach instalacji typu cyklonowego, po prostu przekazując dostawcy warunki jej funkcjonowania: przepływ powietrza i rodzaj zanieczyszczeń.

W rezultacie otrzymują urządzenie, którego wydajność została dobrana według tabel bez uwzględnienia innych parametrów. Doświadczeni projektanci twierdzą, że takie podejście zwykle prowadzi do zwiększonych kosztów i obniżenia efektywności pracy urządzeń.

Koszt instalacji cyklonowej jest tym wyższy, im większe są objętości powietrza, które przez nią przepływają. Jeśli zoptymalizuje się już istniejący system dystrybucji powietrza, można dobrać odsysacze i filtry, które dadzą wymagany efekt przy mniejszym przepływie powietrza.

Takie urządzenie będzie tańsze, oszczędność może wynieść około jednej trzeciej całkowitej kwoty wydatków. Dlatego też przed wyborem urządzeń do systemu aspiracji należy zadbać o ekspertyzę techniczną i zaprosić doświadczonych projektantów.

Specyfika montażu takich konstrukcji

Ponieważ kanałami powietrznymi systemów aspiracji transportowane są znaczne ilości zanieczyszczeń, stawiane są im wyższe wymagania dotyczące wytrzymałości, w przeciwieństwie do nawiewnych systemów wentylacyjnych.

Do ich produkcji używa się stali o grubości od 1,2 do 5,0 mm, a do kształtek zaleca się zastosowanie stali, której grubość jest o 1,0 mm większa niż materiał kanału powietrznego.

Do kanałów powietrznych systemów aspiracji należy używać wytrzymałej blachy stalowej o grubości co najmniej 1,2 mm. Połączenia rozłączne ułatwią proces czyszczenia systemu z zanieczyszczeń.

Zabrania się mocowania kanałów aspiracji za pomocą zacisków na zawieszeniu. Dozwolone jest tylko stosowanie zacisków zamocowanych za pomocą wsporników, w niektórych przypadkach jako mocowania używa się łańcuchów.

Maksymalna odległość między wspornikami powinna wynosić trzy metry dla rur o średnicy większej niż 40 mm i cztery metry – przy średnicy konstrukcji 400 mm lub mniejszej. Te parametry zapewnią wystarczającą wytrzymałość konstrukcji i zmniejszą ryzyko zerwania kanałów powietrznych podczas eksploatacji.

Kolejną cechą kanałów aspiracji jest to, że dość często trzeba je demontować, aby oczyścić z nagromadzonych na ściankach zanieczyszczeń. Ponadto, w wyniku szybkiego zużycia, poszczególne elementy trzeba okresowo wymieniać.

Z tego powodu zaleca się stosowanie do montażu konstrukcji szybkozłącznych elementów połączeniowych, a nie tradycyjnych kołnierzy, które przy częstym demontażu i montażu szybko ulegają uszkodzeniu.

Aby w konstrukcji systemu aspiracji nie gromadziły się zanieczyszczenia, należy nadać kanałom powietrznym odpowiedni spadek, który zależy od obliczeniowej prędkości przepływu mas powietrza.

Do regulacji przepływów powietrza stosuje się skośne zasuwy, które wykazują mniejszy opór przepływu i lepiej zapobiegają gromadzeniu się zanieczyszczeń. Stosowanie regulacyjnych przepustnic w systemach aspiracyjnych nie jest zalecane. Bardzo ważne jest, aby kanały wentylacyjne były ustawione pod odpowiednim kątem.

Położenie konstrukcji zależy od zadanej prędkości przepływu powietrza, która jest określana przez charakter usuwanych zanieczyszczeń. Aby zapewnić prędkość około 20 m/s, potrzebny jest nachylenie 60°, dla prędkości 45 m/s – kąt mniejszy niż 60° itd.

Jeśli charakter zanieczyszczeń pozwala przewidzieć gromadzenie się lepkiego pyłu w kanałach wentylacyjnych, to takie systemy przemysłowej aspiracyjnej zaleca się początkowo projektować z uwzględnieniem maksymalnej prędkości przemieszczania się mas powietrza.

W małych systemach aspiracyjnych do urządzenia ssaw może być użyty wąż polietylenowy o odpowiedniej średnicy. Jest to wygodny, ale niezbyt trwały element, który z czasem trzeba będzie wymienić.

Aby ułatwić proces czyszczenia konstrukcji, wewnątrz kanałów wentylacyjnych umieszcza się specjalne wkładki z folii, papieru i innych odpowiednich materiałów. Zwykłe wentylatory domowe, a nawet niektóre przemysłowe, nie nadają się do systemów aspiracyjnych, nawet jeśli mają odpowiednio wysoką wydajność.

Potrzebne są urządzenia o podwyższonej odporności na zużycie, które mogą długotrwale pracować pod wysokim obciążeniem bez zakłóceń.

Częsty problem w niskowydajnych systemach aspiracyjnych – straty powietrza. Aby zapobiec temu zjawisku, specjaliści zalecają wybór wentylatorów z pewnym zapasem mocy. Straty powietrza w praktyce mogą sięgać 30% w porównaniu z danymi obliczeniowymi.

Niewłaściwy wybór lokalnego ssaw może negatywnie wpłynąć na cały system. Nie można wybierać takiego elementu bez uwzględnienia specyfiki procesu technologicznego.

W niektórych przypadkach skuteczne będzie osłonięcie typu „parasol”, w innych – „witryna”, okap wyciągowy, kabina itp. Ten punkt należy bezwzględnie uzgodnić z technologiem na konkretnej produkcji.

Większość instalacji aspiracyjnych jest zaprojektowana do przemieszczania oczyszczonego powietrza do atmosfery, ale czasami takie masy powietrza są zawracane do pomieszczenia produkcyjnego (+)

Do wstępnego oczyszczania powietrza z pyłu stosuje się worki pyłowe, bezprzegrodowe komory pyłowe, przewody gazowe z bunkrami, cyklony suche i inne podobne urządzenia w zależności od charakteru pyłu.

Do średniego oczyszczania często stosuje się skrubery, a dokładne oczyszczanie wykonuje się za pomocą zestawu środków, który może obejmować elektrofiltr cyklonowy i filtr workowy, w niektórych przypadkach stosuje się rurę Venturiego wysokiego ciśnienia lub inne odpowiednie urządzenia.

Dlaczego pojawiają się problemy

Nawet przy obecności systemu aspiracyjnego w hali produkcyjnej, należy okresowo sprawdzać poziom zanieczyszczeń w powietrzu. Zdarza się, że system pracuje w standardowym trybie, filtry są w porządku, ale zanieczyszczenie powietrza pozostaje zbyt wysokie.

Przyczyną niedoskonałości mogą być pewne zjawiska:

• kurz nagromadzony w kanałach wentylacyjnych;
• niska wydajność wentylatora wyciągowego;
• zbyt duży przepływ powietrza;
• niedostateczny dopływ świeżych mas powietrza.

Jeśli w kanałach wentylacyjnych gromadzi się duża ilość kurzu, świadczy to o tym, że w projekcie początkowo założono zbyt niskie prędkości przepływu mas powietrza. Inną przyczyną tego zjawiska – błędy w konfiguracji elementów systemu aspiracyjnego.

Przeszkadzać w terminowym usuwaniu cząsteczek kurzu z systemu może obecność zbyt ostrych zakrętów, odcinków o małym nachyleniu, brak wystarczającej liczby włazów czyszczących itp.

Jeśli system aspiracyjny został zaprojektowany i/lub zamontowany z błędami, będzie podlegał zwiększonym obciążeniom i wkrótce ulegnie zniszczeniu.

Nieprawidłowy montaż lub błędy mogą spowodować zbyt duże straty powietrza w systemie, co prowadzi do ogólnego spadku wydajności urządzenia. Wyciek strumieni powietrza może występować również w wyniku nieprawidłowego działania systemu filtracji. Z tego powodu przy obliczeniach zaleca się uwzględnienie odpowiedniego procentu na takie straty.

Jeśli przez system przepływa wystarczająca ilość powietrza, ale jego działanie nadal nie wykazuje oczekiwanej skuteczności, być może należy ponownie przemyśleć projekt lokalnego odciągu-osłony.

Powinien być usytuowany tak, aby zbierać maksymalną ilość zanieczyszczeń, zapobiegając ich przedostawaniu się do powietrza w pomieszczeniu. Ta konstrukcja jest projektowana w taki sposób, aby nie przeszkadzała w pracy i przemieszczaniu się personelu.

Przed opracowaniem projektu stacjonarnego systemu aspiracyjnego należy przeprowadzić ekspertyzę techniczną hali produkcyjnej w celu określenia wielkości wymiany powietrza i głównych parametrów systemu (+)

Jeśli do pomieszczenia nie dociera wystarczająca ilość świeżego powietrza, to będzie go brakować do pracy systemu aspiracyjnego. Aby zrekompensować zwiększoną wydajność wymiany powietrza, w hali produkcyjnej montuje się nawiewną wentylację z rekuperacją.

W gorących halach ogrzewanie powietrza napływającego z zewnątrz nie jest potrzebne, wystarczy zrobić otwór w ścianie i zamknąć go przepustnicą.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Tutaj przedstawiono przegląd rozpakowania i montażu mobilnego systemu aspiracyjnego RIKON DC3000 dla przemysłu drzewnego:

W tym filmie zaprezentowano stacjonarny system aspiracyjny używany przy produkcji mebli:

Systemy aspiracyjne – nowoczesny i niezawodny sposób oczyszczania powietrza w pomieszczeniach przemysłowych z niebezpiecznych zanieczyszczeń. Jeśli konstrukcja jest prawidłowo zaprojektowana i zamontowana bez błędów, wykaże wysoką skuteczność przy minimalnych kosztach.

Czy ma Pan coś do dodania lub pytania dotyczące systemów aspiracyjnych? Proszę zostawić komentarze pod publikacją. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.